CN106545429A - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有进气管喷射和直接喷射的内燃机（100）的方法，其中，确定在燃烧室（103）的进气阀（105）被关闭期间在通到内燃机（100）的燃烧室（103）的进气管（106）中蒸发的燃料量，和其中，在考虑被确定的燃料量（M_V）下确定用于燃烧室（103）的填充的至少一个运行参数。

Description

用于运行内燃机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行具有进气管喷射和直接喷射的内燃机的方法以及一种用于实施该方法的计算单元和计算机程序。

背景技术

一种用于在汽油机中喷射燃料的可能的方法是进气管喷射，其越来越多地被燃料直接喷射接替。后一种方法导致在燃烧室中的显著更好的燃料分布并且因此导致在较小的燃料消耗下的更好的功率输出。

此外也存在具有进气管喷射和直接喷射的组合，即所谓的双系统的汽油机。这正由于越来越严格的排放要求或排放极限值而是有利的，因为进气管喷射例如在平均的负荷范围中导致比直接喷射更好的排放值。相反，在全负荷下直接喷射实现例如所谓的爆震的减少。

由US2012/024069A1例如已知一种方法，用于在具有双系统的内燃机中将在各个燃烧室中的燃料空气比中的相互间的识别的偏差分配给喷射类型。

为了改善涡轮增压器的响应特性，在所谓的“扫气”的范围中，一个燃烧室的进气阀和排气阀可以同时地打开，以便获得在废气管中和由此在涡轮增压器中的较高的流动值。为了避免燃料进入废气管中，例如在双系统中可以减小进气管喷射的比例。

发明内容

按照本发明建议一种具有独立权利要求的特征的用于运行内燃机的方法以及一种用于实施该方法的计算单元和计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及以下的说明的内容。

本发明的优点

按照本发明的方法用于运行具有进气管喷射和直接喷射的内燃机。在此，确定在燃烧室的进气阀被关闭期间在通到内燃机的燃烧室的进气管中蒸发的燃料量，和其中，在考虑被确定的燃料量下确定和有利地也因此使用或预先给定用于燃烧室的填充的至少一个运行参数。也就是说，被确定的运行参数被作为用于运行内燃机的目标值。这允许例如在考虑被确定的燃料量下可以修正一个或多个用于填充燃烧室，例如由于一定的负荷要求，的预先给定的运行参数。因此例如可以在考虑已经位于进气管中的蒸发的燃料下减少预先给定的、要引入的燃料量。

在改变对内燃机的负荷要求的情况下，例如在对汽车加速或制动的情况下，一般地需要改变要经由进气管喷射配给的燃料量。现在在此情况下可以在所谓的过渡补偿的范围中考虑，基于被改变的燃料量必须形成（建立）或消除在进气管的内侧上的燃料(形成)的壁膜并且与此相应地修正燃料量。但是，在此还没有考虑，例如来自壁膜的燃料也在关闭的喷射阀期间在进气管中蒸发并且在喷射阀打开期间一起流入燃烧室中。

但是，如果现在进气阀和排气阀同时地打开，如这在所谓的“扫气”的范围中为了改善涡轮增压器的响应特性可以进行的，在此该附加的蒸发的燃料量可以冲扫通过燃烧室和由此冲扫到废气系统中。这也称为所谓的“冲刷”并且例如可以导致催化器过热和/或差的排放值。

但是如果现在，如建议的那样，确定在关闭的进气阀期间在进气管中的蒸发的燃料量并且在给定至少一个用于充填燃烧室的运行参数的情况下进行考虑，那么可以避免燃料的冲刷。以这种方式一方面例如可以保护部件如催化器，和另一方面实现内燃机的排放低和燃料少的运行。此外在此特别有利的是，当空气可以直接地从进气管流入废气管中时，可以实现尽可能最佳的“扫气”，即通过提高废气流改善的涡轮增压器的响应特性。

有利的是，至少一个运行参数包括燃烧室的进气阀和/或排气阀的至少一个控制参数。尤其地，进气阀和/或排气阀的至少一个控制参数各包括对阀升程和/或打开时刻和/或关闭时刻的调整（设置）。这尤其在使用具有可变配气机构（配气机构）的内燃机下是可能的，借此可以单个地调整（设置）阀的打开时刻和关闭时刻以及阀的阀升程。作为可变配气机构，在此例如考虑电的或电机的配气机构或液压的配气机构，其本身是已知的。以这种方式现在可以目标明确地如此的控制阀，即没有燃料进入废气管中。因此例如可以提前关闭排气阀，而阀升程被增大。因此，尽管达到用于驱动涡轮增压器的高的废气流，但是排气阀也可以提早地关闭，由此燃料不能够一直达到废气管中。

优选地，所述至少一个运行参数包括要借助于进气管喷射引入进气管中的燃料量，喷射持续时间和/或喷射开始。因此，例如蒸发的燃料量可以被折算到要基于当前的负荷要求配给的燃料量上。例如喷射开始也可以被匹配，以便考虑附加地存在的、蒸发的燃料量。以这种方式可以实现特别简单地避免冲刷。

有利地，在要借助于进气管喷射引入进气管中的燃料量的情况下，考虑在进气管中的燃料的壁膜的形成（建立）或消除。因此可以实现要配给的燃料量的更加精确的匹配。此外以这种方式也可以防止还没有燃烧的燃料被冲扫通过燃烧室。

优选地，如果在确定至少一个运行参数时确定，一个要求的、要借助于进气管喷射引入燃烧室中的燃料量不能够完全借助于进气管喷射引入燃烧室中，那么所述至少一个运行参数包括一个要借助于直接喷射引入燃烧室中的燃料量，该燃料量至少覆盖不能够借助于进气管喷射引入燃烧室中的部分。如果例如由于负荷要求的强烈的改变而要求一个非常高的量的借助于进气管喷射配给的燃料量，但是这个情况由于长的阀打开持续时间会导致对燃料的通过阀控制机构不可避免的冲刷，那么要借助于进气管喷射配给的燃料量的一部分可以不借助于进气管喷射而借助于直接喷射被引入到燃烧室中。也可以设想，不是仅仅一部分，而是全部的借助于进气管喷射要配给的燃料量被转移到直接喷射上。这个由于在双系统中的灵活性而能够非常简单地实现，因此一方面将需要的燃料量引入燃烧室中并且另一方面尽管如此仍然避免冲刷。

有利地，对在进气管中蒸发的燃料量的确定包括形成用于在进气管中燃料蒸发的蒸发模型。这是确定蒸发的燃料量的一个非常简单的可能性。这种模型例如可以为了相关的内燃机被存储在执行的控制器中。

符合目的地，蒸发模型包括至少一个以下的参数作为输入参数：在进气管中的燃料的壁膜量，在进气管中的温度，进气空气的温度，内燃机的温度，在内燃机中的机油的温度（这些温度尤其可以在瞬时的温度变化过程中例如内燃机的热态运行和/或起动进行考虑），增压压力，进气管压力，在进气管中的空气和/或燃料空气混合物的流动速度（流动速度例如可以通过空气质量测量器的信号，由转速和/或依据空气质量流量确定），在进气管中的空气和/或燃料空气混合物的成分，被吸入进气管中的空气的空气湿度，在进气管外部的空气压力，废气再循环率（例如内部或外部）和燃料质量（例如通过乙醇含量和/或在冬季和夏季燃料之间的差别）。通过使用这些参数可以依据模型非常精确地确定蒸发的燃料量并且由此可以避免冲刷。

有利的是，此外在考虑确定的燃料量下调节和/或设置废气再循环率，尤其是内部的废气再循环率。通过在打开的进气阀期间和由此在吸入空气或燃料空气混合物期间打开排气阀，在此废气也可以被吸入到燃烧室中。在具有纯进气管喷射或纯直接喷射的内燃机中可以非常简单地调整希望的废气再循环率，而在双系统中尤其是在混合运行中是有问题的，即可能地，燃料，其在进气管喷射的过程中被引入进气管中，不是完全地进入燃烧室中并且然后例如在进气管中蒸发。在吸入空气和废气的下一个循环中，留在进气管中的并且蒸发的燃料量此时可以通过燃烧室被推到废气管中。这可以导致差的排放值。但是现在通过考虑该蒸发的燃料量可以实现更好的排放值。

一种按照本发明的计算单元，例如机动车的控制器，尤其是发动机控制器，尤其是以编程技术的方式，被设置用于实施按照本发明的方法。

以计算机程序的形式实施本方法也是有利的，因为这产生特别小的费用，尤其是当执行的控制器还被用于其它的任务并且因此反正存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁的、光的和电的存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM，DVD等等。通过计算机网络（互联网、局域网等等）下载程序也是可能的。

本发明的其它的优点和设计方案由说明书和附图得出。

本发明借助于实施例在附图中示出并且在下面参照附图进行描述。

附图说明

图1a和1b示意地示出两个内燃机，它们可以针对按照本发明的方法来考虑。

图2示意地示出一个内燃机的一个气缸，它可以针对按照本发明的方法来考虑。

图3示意地示出在一个优选实施方式中的按照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在图1a中示意地和简化地示出内燃机100，其可以被考虑用于按照本发明的方法。举例而言该内燃机100具有四个燃烧室103和一个进气管106，进气管连接到每个燃烧室103上。

进气管106在此具有用于每个燃烧室103的燃料喷射器107，其布置在靠近燃烧室之前的进气管的相应的部段中。燃料喷射器107由此用于进气管喷射。此外每个燃烧室103具有用于直接喷射的燃料喷射器111。

在图1b中示意地和简化地示出另一个内燃机200，其可以被考虑用于按照本发明的方法。举例而言该内燃机100具有四个燃烧室103和一个进气管206，进气管连接到每个燃烧室103上。

进气管206在此具有用于全部燃烧室103的公共的燃料喷射器207，其例如在一个在此处没有示出的节流阀之后不远处布置在进气管中。第一燃料喷射器207由此用于进气管喷射。此外每个燃烧室103具有用于直接喷射的燃料喷射器111。

两个示出的内燃机100和200由此具有所谓的双系统，即具有进气管喷射（系统）和直接喷射（系统）。区别仅仅在于进气管喷射的方式。例如在图1a中示出的进气管喷射允许单独地为每个燃烧室进行燃料配量，如这可以应用于高级内燃机那样，而在图1b中示出的进气管喷射在其结构上和其控制上是更简单的。这两个示出的内燃机尤其可以是汽油机。

在图2中示意地和简化地，但是比在图1a中更详细地，示出内燃机100 的气缸102。气缸102具有燃烧室103，其通过活塞104的运动被扩大或缩小。该内燃机尤其可以是汽油机。

气缸102具有进气阀105，用于将空气或燃料空气混合物引入燃烧室103中。空气经由进气管106被输入，其作为一个空气供给系统的部件，燃料喷射器107位于该部件处。吸入的空气经由进气阀105被引入气缸102的燃烧室103中。在空气供给系统中的节流阀112用于调节进入气缸102的要求的空气质量流。

内燃机可以在进气管喷射过程中运行。借助于燃料喷射器107，在这个进气管喷射过程中燃料被喷入进气管106中，由此在那里形成空气燃料混合物，其经由进气阀105被引入气缸102的燃烧室103中。

内燃机也可以在直接喷射的过程中运行。为此目的，燃料喷射器111被安装在气缸102上，用于将燃料直接地喷入燃烧室103中。在这种直接喷射情况下，用于燃烧需要的空气燃料混合物直接地在气缸102 的燃烧室103中形成。

气缸102此外具有点火装置110，用于产生点火火花，以便启动在燃烧室103中的燃烧。

燃烧废气在燃烧之后被从气缸102经由废气管108排出。该排出依据排气阀109的打开来进行，排气阀也布置在气缸102上。进气阀和排气阀105，109被打开和关闭，用于以已知的方式实施内燃机100的四冲程运行。

为进气阀105设置进气阀机构105’和为排气阀109设置排气阀机构109’。通过这些配气机构提供一种可变式的配气机构，由此不仅阀的打开时间和关闭时间而且阀的阀升程都可以单独地调整。该配气机构例如可以电-机械地或液压地构造成。不仅时间而且阀升程的调节在此例如可以连续地或者分级地实施。显然，其余的燃烧室或气缸的阀，其例如在图１和２中示出，也可以具有这种配气机构。

此外设置进气管压力传感器120和燃烧室压力传感器125，由此可以确定在进气管106中的压力或在燃烧室103中的压力。

此外设置涡轮增压器130，从废气管108分支出来的废气被供给到该涡轮增压器中，以便在那里例如驱动涡轮。在涡轮增压器130中，通过该涡轮再驱动另一个涡轮，它压缩被吸入的新鲜空气并且例如经由增压空气冷却器131通到进气管107。以这种方式可以提供在进气管中的提高的压力。

内燃机100可以以直接喷射、以进气管喷射或在一种混合运行中运行。这实现依据瞬时运行点来选择用于运行内燃机100 的各最佳的运行方式。因此，内燃机100例如可以在一种进气管喷射运行中运行，如果它在低的转速和低的负荷下运行的话，和它可以在一种直接喷射运行中运行，如果它以高的转速和高的负荷运行的话。但是在一个大的运行范围上有意义的是，使内燃机100在一个混合运行中运行，其中要供给燃烧室103的燃料量按比例地通过进气管喷射和直接喷射被供给。

此外，设计成控制器115的计算单元被设置用于控制内燃机100。控制器115可以在直接喷射、进气管喷射或混合运行中运行内燃机100。此外控制器115也可以控制配气机构105’和109’以及进气管压力传感器120和燃烧室压力传感器125的值。控制器115例如也可以控制涡轮增压器120。

参照图2详细解释的内燃机100的工作方式也可以转用到内燃机200上，区别仅仅在于，为全部的燃烧室或气缸仅仅设置一个公共的燃料喷射器。因此在进气管喷射或在混合运行中在进气管中的惟一的燃料喷射器被持久地控制。

在图3中示意地示出在一个优选实施方式中的按照本发明的方法的流程。首先，可以在此确定不同的参数，其作为输入参数用于借助于蒸发模型计算蒸发的燃料量。

举例而言，在此处示出燃料量M_W，其在进气管中的壁膜中存在。这个燃料量M_W例如可以借助于用于形成壁膜的模型，必要时也在考虑另外的参数如在进气管中的压力和温度下被确定。

此外示出进气管的温度T_S和在内燃机的燃烧室中的温度T_B。该温度例如可以借助于合适的温度传感器或者借助于模型来确定。

此外示出在进气管中的进气管压力P_S和在燃烧室中的增压压力P_B。该压力例如可以借助于在图2中示出的传感器，进气管压力传感器120和增压压力或燃烧室压力传感器125确定。在此处必要时也可以使用合适的模型。

所述的参数或所属的值现在作为输入参数被输入蒸发模型V。显然，另外的或者其它的上述参数也可以作为输入参数用于蒸发模型。使用的参数的数量或类型例如可以取决于希望的精确度和/或供使用的参数。

现在由蒸发模型V确定燃料量M_V，它在进气阀关闭期间在进气管中蒸发。蒸发的燃料量在此对应于喷入的燃料量减去在壁膜中沉积的燃料量。这个在壁膜中沉积的燃料的质量与进气管压力或空气量成比例。此外存在强烈的温度相关性，这意味着，在低的温度下更多的燃料沉积到壁膜中，以及存在与使用的燃料的相关性。另外的修正取决于进气阀和排气阀的阀控制时间，以及内燃机的转速。用于动态修正的经验的壁膜模型在此一般地存在于控制器中。需要的相互关系此时例如可以以特征线和/或特性曲线族的形式和/或借助于数字模型绘出。

在考虑蒸发的燃料量M下，现在例如可以确定总体上借助于进气管喷射要配给的燃料量M_K作为运行参数（目标值）。在此也可以设想，为此依据蒸发的燃料量修正本身要求的要配给的燃料量。此外可以确定合适的值用于进气阀的阀升程h_E，打开时刻t_O,E和关闭时刻t_S,E以及排气阀的阀升程h_A，打开时刻t_O,A和关闭时刻t_S,A作为运行参数（目标值）。因此，例如可以借助于打开时刻t_O,E和关闭时刻t_S,E调整或匹配进气阀的打开持续时间。相应地情况适用于排气阀的打开持续时间。

显然，相对于用于填充的常规的过程（流程），在其中不考虑蒸发的燃料量，全部所述的用于阀的阀参数不一定必须被改变或是改变的。

此外，如果识别出，在不冲刷燃料的情况下，不能够通过阀控制机构的所述参数达到被确定的、要借助于进气管喷射配量的燃料量M_K，那么可以减少燃料量M_K并且替代地提高要借助于直接喷射配量的燃料量，以避免冲刷。

Claims (12)

1.用于运行具有进气管喷射和直接喷射的内燃机（100，200）的方法，

其中，确定在燃烧室（103）的进气阀（105）关闭期间在通到内燃机（100，200）的燃烧室（103）的进气管（106，206）中蒸发的燃料量（M_V），和

其中，在考虑被确定的燃料量（M_V）下确定用于燃烧室（103）的填充的至少一个运行参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个运行参数包括燃烧室（103）的进气阀（105）和/或排气阀（109）的至少一个控制参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，进气阀（105）和/或排气阀（109）的所述至少一个控制参数各包括阀升程（h_E，h_A）和/或打开时刻（t_O,E，t_O,A）和/或关闭时刻（t_S,E，t_S,A）的调整。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个运行参数包括要借助于进气管喷射引入进气管（106,206)中的燃料量（M_K），喷射持续时间和/或喷射开始。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在要借助于进气管喷射引入进气管（106,206)中的燃料量（M_K）的情况下，考虑在进气管（106,206)中燃料的壁膜的形成或消除。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果在确定至少一个运行参数时确定，一个要求的、要借助于进气管喷射引入燃烧室（103）中的燃料量不能够完全借助于进气管喷射引入燃烧室（103）中，那么所述至少一个运行参数包括一个要借助于直接喷射引入燃烧室（103）中的燃料量，该燃料量至少覆盖不能够借助于进气管喷射引入燃烧室（103）中的部分。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对在进气管（106，206）中蒸发的燃料量（M_V）的确定包括形成用于在进气管（106，206）中蒸发燃料的蒸发模型（V）。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，蒸发模型（V）包括至少一个以下的参数作为输入参数：在进气管中的燃料的壁膜量（M_W），在进气管中的温度（T_S），进气空气的温度，内燃机的温度（T_B），在内燃机中的机油的温度，增压压力（P_B），进气管压力（P_S），在进气管中的空气和/或燃料空气混合物的流动速度，在进气管中的空气和/或燃料空气混合物的成分，被吸入进气管中的空气的空气湿度，在进气管外部的空气压力，废气再循环率和燃料质量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，此外在考虑确定的燃料量（M_V）下调节和/或设置废气再循环率。

10.计算单元（115），其被设置用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

11.计算机程序，当它在计算单元（115）上被执行时，它促使计算单元（115）实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

12.可机读的存储介质，其具有储存在其上的根据权利要求11所述的计算机程序。